[發明專利]高階模濾除光纖端面泵浦耦合器及其制作方法

有效

• 申請號: 201610179051.4
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105633778B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 周旋風;陳子倫;王澤鋒;侯靜;奚小明;雷成敏;許曉軍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;G02B6/255
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陳立新

本發明提供一種高階模濾除光纖端面泵浦耦合器及其制作方法，輸入信號光纖、圍繞輸入信號光纖周緣均布的多根輸入泵浦光纖和輸出光纖，輸入泵浦光纖圍繞輸入信號光纖均布形成輸入光纖束，輸入光纖束的一端經過熔融拉錐后形成相互結合的熔錐輸入光纖束，輸出光纖的一端經過熔融拉錐后與熔錐輸入光纖束的一端相熔接接形成熔接點；在熔接點處，熔錐輸入光纖束中的輸入信號光纖纖芯直徑與輸出光纖纖芯直徑相等，輸入信號光纖纖芯和輸出光纖纖芯的數值孔徑相等，均為0.06?0.1。該耦合器可實現對高階模信號光的濾除，而對基模(LP01模式)信號光的耦合效率達到100％。

技術領域

本發明涉及激光器技術領域，具體的涉及一種高階模濾除光纖端面泵浦耦合器及其制作方法。

背景技術

光纖激光器由于具有轉換效率高、光束質量好、結構緊湊、易散熱、工作穩定性高等優點，已經廣泛應用于工業加工、醫療衛生和國防軍事等領域。近些年來，隨著雙包層光纖泵浦技術的成熟和光纖制造工藝的改進，光纖激光器的輸出功率也不斷提升。目前大功率光纖激光器中主要采用主振蕩功率放大(MOPA)結構來實現激光輸出功率的提高，這種結構通常由振蕩器和一級放大器或者更多級放大器組成。光纖泵浦耦合器的性能直接決定了進入放大器的信號光功率和泵浦光功率，是MOPA結構大功率光纖激光器的核心元器件。其中光纖泵浦耦合器的作用是將振蕩器或者前級的信號光與泵浦光高效地耦合進光纖下一級放大器的增益雙包層光纖中。

目前用于主振蕩功率放大結構的光纖泵浦耦合器主要采用端面泵浦的實現方式。傳統的光纖端面泵浦耦合器的實現原理是通過對輸入的信號光纖和輸入泵浦光纖進行熔融拉錐，然后將熔錐光纖束在錐區進行切割，之后與輸出光纖直接進行熔接。由于信號光纖的纖芯經過拉錐后直徑變小，使得其與輸出光纖熔接時產生的信號光損耗很大。為了降低這種損耗，現有技術中存在以下解決方法：CN201410600456.1中公開了一種大功率弱拉錐低損耗泵浦/信號合束器，該泵浦/信號合束器通過將拉錐比例控制在1～1.45的范圍內，以實現降低信號光的損耗。再例如CN201110458029.0中公開了一種大模場光纖泵浦耦合器及其制造方法，該方法提出了一種不改變信號光纖纖芯直徑的方法，以降低信號激光在傳輸過程中的損耗。

盡管這些專利都能夠有效降低信號激光的損耗，但并不能保證所輸出激光的亮度和光束質量。

另一方面，對于傳統的光纖端面耦合器的包層泵浦激光，還存在嚴重的涂覆層熱負載問題。這是由于目前常用的雙包層光纖的涂覆層為聚合物材料，導致內包層的數值孔徑僅為NA＝0.46，而由內包層和空氣構成的波導結構所形成結構的數值孔徑大于1，二者之間存在不匹配，這使得通過熔接點后的部分泵浦光(數值孔徑大于0.46的部分)容易在涂覆層處損耗，繼而形成熱積累。雙包層光纖的涂覆層聚合物材料的熱負載能力遠低于石英等材料，造成光纖泵浦耦合器在此處容易受熱導致斷裂，使其使用過程中存在不穩定因素。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高階模濾除光纖端面泵浦耦合器及其制作方法，該發明解決了現有光纖端面泵浦耦合器基模信號光損耗較大、輸出激光光束質量較低，以及輸出光纖涂覆層熱負載過大的技術問題。

本發明的一方面還提供了一種高階模濾除光纖端面泵浦耦合器，包括：輸入信號光纖、圍繞輸入信號光纖周緣均布的多根輸入泵浦光纖和輸出光纖，輸入泵浦光纖圍繞輸入信號光纖均布形成輸入光纖組束，輸入光纖組束的一端經過熔融拉錐后形成相互結合的輸入光纖束，輸出光纖的一端經過熔融拉錐后與輸入光纖束的一端相熔接接形成熔接點；

在熔接點處，輸入信號光纖纖芯直徑與輸出光纖纖芯直徑相等，輸入信號光纖纖芯和輸出信號光纖纖芯的數值孔徑相等，均為0.06-0.1；

在熔接點處，輸入信號光纖的纖芯歸一化頻率V<2.405。

進一步地，輸入光纖的內包層直徑與輸入泵浦光纖的包層直徑相差不超過20％。

進一步地，在熔接點處，輸入光纖束的外周直徑小于或者等于輸出光纖內包層直徑。